矿山爆破技术概述

矿山爆破技术概述摘要：矿山爆破属于工程爆破技术在矿山开采中的应用。

在矿山工程中，无论是在井巷掘进的过程中，还是在露天开采、地下采场开采，都运用到了各种爆破技术。

本文主要介绍了工程爆破分类，矿山爆破中井巷掘进爆破主要采用的方法，地下采场中通常采用的几种爆破技术，并具体介绍了相关控制爆破技术以及基本的矿山爆破安全技术。

关键词：工程爆破矿山爆破地下采场控制爆破安全技术0 引言工程爆破技术经过几十年的发展，已经渗透到经济建设的众多领域，特别为中国的铁路建设、矿山开采、城市拆旧等做出了重要贡献。

爆破作为一种科学技术，应用很广，但在工程上的应用无疑是最重要、最常见的，采矿开山，修铁路、公路用钻爆法来开掘隧道，水利工程上也用一些，现在城市里面也使用了，拆除楼房。

矿山爆破是把矿石从岩体中剥落下来和对矿体顶板围岩进行剥离，并按工程要求爆破成一定的爆堆，破碎成一定的块度，为随后的铲装、运输工作创造条件。

在矿山建设和生产中，爆破方法是破碎矿岩的主要手段。

在新中国成立以来的三十多年中，矿山企业是国内采用药室大爆破最多的部门之一。

光面爆破技术已在矿山井巷掘进中得到广泛推广和应用，对井巷围岩的保护和降低井巷维护成本中发挥了重要作用；预裂爆破在露天矿山边坡爆破中的应用对边坡的稳定有着重要作用，从而降低了开采成本。

深孔微差爆破在露天和地下矿山的应用使矿山生产能力得到极大提高。

总之，矿山爆破技术在矿山工程建设和生产中起到了很大作用并得到迅速的发展。

1 工程爆破技术概述工程爆破方法根据药包形状和装药的方式与装药的空间形式不同分为两大类 [1]。

1.1按药包形式分类按药包形状分类即炸药包的爆炸作用及其特性进行分类，按这种方法又可以分为四种：⑴集中药包法从理论上讲，这种药包的形状是球形体，起爆点从球体的中心开始，爆轰波按辐射状以球面形式向外扩张，即爆炸作用以均匀的分布状态作用到周围的介质上。

然而在工程实际中几乎不可能将药包加工成这种形状，通常将药包做成正立方体和长方形体形状，长方体的最长边不超过最短边的6倍。

此时的药包可以称为集中药包，通常把集中药包的爆破叫做药室法和药壶法。

⑵延长药包法—柱状药包把药包作成长条形，可以是圆柱形状也可以是方柱状，但一般的情况下均为圆柱状。

炸药一旦被激发爆炸，所产生的爆轰波的波阵面形式为圆柱状，即爆炸后形成的爆轰波以柱面波的形式向四周传播并作用到周围介质上。

通常把药包长度大于最短边或直径6倍的药包叫做延长药包。

在实际工程应用中，深孔法、炮眼法和药室法爆破中的条形药包爆破法都属于延长药包法。

⑶平面药包法这种药包的爆破不同于前两种方法，它不需要钻孔也不需要挖硐室，而是直接将炸药敷设在介质表面，因此爆炸作用只是在介质接触药包的表面上，大多数能量都散失到空气中去了，所产生的爆轰波应看作是平面波。

例如，在加工机械零部件时采用圆饼状的药包，爆破时包覆在介质的表面，这就是加工机械零部件的爆炸加工法。

但是，在硐室爆破中的平面药包法，则与此不同，它是以等效作用的集中药包或条形药包按一定间距布成一个装药平面，爆破时产生的爆轰波也近似于平面波。

⑷形状药包法这是将炸药做成特定形状的药包，用以达到某种特定的爆破作用。

最广泛的是聚能爆破法，这种方法是将药包外壳的一端加工成圆锥形或抛物线的凹穴，使炸药爆炸所产生的爆轰波按圆锥形或抛物线凹穴的表面聚集在它的焦点或轴线上，形成高能射流，击穿与它接触的介质的某一部位。

这种药包在军事上用做穿甲弹以穿透坦克的甲板或其他的军事目标；在实际工程中应用于切割金属板材（例如，旧船体的切割、钢结构建筑物和构筑物的拆除等）、岩石大块的二次破碎以及在冻土中的穿孔等。

1.2按装药方式与装药空间形状的不同分类按装药方式与装药空间形状的不同可分为四种爆破方法⑴药室法这是大量土石方挖掘工程中常用的爆破方法。

它的优点是施工机具比较简单，不受地理条件和气候限制，工程数量越大工效越高。

一般说来，药室法爆破根据在岩体内开挖药室体积的大小，还可以分为大型药室法、小型药室法和条型药室法3种，每个药室装入的炸药的容量，小到几百公斤，大到几百吨，条形药室的容量可以达到几千吨，我国曾进行过多次千吨和万吨级的大爆破。

⑵药壶法在普通炮孔之底部，装入小量炸药进行不堵塞爆破，使孔底经多次爆破扩大成圆壶形，以求达到装入较多药量的爆破方法。

药壶爆破法属于集中药包类，适用于中硬岩石的爆破，能在工程数量不大，钻孔机具不足的施工条件下，以较少的炮孔爆破，获得较多的土石方量，目前这种爆破方法只在个别条件下使用。

⑶炮眼法通常根据钻孔孔径和孔深的不同，把孔深不小于5m，孔径不小于50mm的炮孔叫做深孔爆破，反之称为浅孔爆破和炮眼法爆破。

从装药结构上看属于延长药包一类，是工程爆破中应用最广泛、数量最大的一种爆破方法。

⑷裸露药包法这是一种最简单、最方便的爆破施工方法。

进行裸露药包爆破作业不需钻孔，直接将炸药敷设在被爆破物体表面并加以简单覆盖。

这种爆破方法往往应用于清除危险物、交通障碍、大块岩石的二次破碎、危岩的处理等。

2 井巷掘进爆破井巷掘进爆破包括平巷、竖井、斜井、天井和隧道等各种地下通道的爆破，其共同特点是在单自由面条件下，受掘进断面制约，每次爆破进尺一般只有1～3m。

为形成一定的井巷断面形状，必须在工作面上布置不同类型的炮眼。

掘进爆破要严格保证巷道的规格和方向，要满足爆堆集中、块度均匀的要求，炮眼利用率高、周边平整，材料消耗少。

井巷掘进爆破参数包括：炮空直径、单位炸药消耗量、孔距、孔深、炮孔数目、装药量以及填塞长度等。

特别要介绍的是天井深孔爆破掘进中，一次钻孔分段爆破掘进图1 深孔分段爆破掘进天井的深孔布置天井是从五十年代发展起来的一项爆破技术。

其特点在于，有凿岩硐室中一次沿天井全高钻凿深孔，爆破时将其划分为若干个爆破段，由下向上逐段进行，爆下岩块借自重下落，炮烟则经由深孔通向上部水平巷道排出，其装药、填塞、起爆等作业都在上部水平巷道或凿岩硐室中完成。

与一般的掘进方法相比，深孔爆破掘进具有效率高、操作安全、劳动条件好等优点。

它可适用于天井、溜井、充填井等垂直或急倾斜的井巷掘进。

天井深孔爆破掘进主要采用平行空孔爆破方案，深孔布置如图1所示。

天井深孔爆破掘进平行空孔爆破方案的爆破参数包括：深孔数目、分段高度等等。

3 地下采场爆破[2]3.1 地下采场爆破方法分类与井巷掘进爆破比较，地下采场爆破的特点是，具有两个以上的自由面，炮孔数量多，崩矿面积和爆破量都比较大，一次爆破用药量大，炸药单耗低，爆破方案的选择和起爆网路的设计比较复杂，所以爆破时的组织工作显得更为重要。

对地下采场爆破的质量要求是，爆破作业安全，每米炮孔崩矿量大，大块少，二次爆破；量小，粉矿少，矿石贫化和损失小，材料消耗量低。

地下采场爆破按孔径和孔深的不同可分为浅孔、中深孔、深孔和洞室爆破四种方法。

3.2 采场浅孔爆破浅孔爆破是指抛空直径不超过50mm，炮孔深度不超过5m的炮孔爆破。

浅孔爆破适用范围很广，如矿山井巷掘进、中厚一下矿体的回采、道路石方开挖工程中少量石方的破碎，工业场地平整和清理，大块石的二次破碎及孤石爆破，沟、渠及桥涌基础开挖中的石方爆破，清刷石质边坡和处理危石等，是目前我国小、中型矿山中适用的主要爆破方法。

爆破参数有：炮孔直径和深度、最小抵抗线和炮孔间距、单位炸药消耗量等等。

浅孔爆破按炮孔方向不同，可分为上向炮孔和水平炮孔两种。

矿石比较稳固时，采用上向炮孔，如图2所示。

矿石稳固性较差时，一般采用水平炮孔，如图3所示。

图2 上向炮孔崩矿图3 水平炮孔崩矿3.3 中深孔爆破中深孔爆破与浅孔爆破法比较，具有每米炮孔的崩矿量大、一次爆破规模大，劳动生产率高，矿块回采速度快，开采强度高，作业条件和爆破工作安全，成本低等优点；但是大块较多。

所以，中深孔爆破在冶金矿山广泛用于地下矿的中厚矿床回采、矿柱回采和空区处理等工作。

中深孔爆破参数包括深孔的直径、孔深、最小抵抗线、孔间距、邻近系数和单位炸药消耗量。

炮孔排列形式主要有平行排列（如图4所示）和扇形排列（如图5所示）两种。

图4 平行深孔布置图5 扇形深孔布置3.4 深孔爆破严格来讲，地下采矿场使用的中深孔崩矿和深孔崩矿比较，从爆破本质上讲，没有严格区别。

但是，深孔爆破在其炮孔布置形式、孔深等方面有其特点，于是，把用潜孔钻机钻凿孔深大于15m，孔径大于80mm的平行深孔、水平扇形深孔等归入深孔爆破。

在冶金矿山，深孔爆破常用于阶段崩矿法、分段崩矿法、阶段矿房法、深孔留矿法等采矿方法和矿柱回采。

3.5 洞室爆破将炸药集中装填于爆破区内预先挖掘的洞室中进行爆破的技术。

洞室爆破常用于开挖、采石和进行定向爆破、扬弃爆破、松动爆破以及水下岩塞爆破等。

这种爆破方式的优点是:⑴一次爆破方量大,劳动生产率高；⑵钻孔工作量少，设备、材料、动力消耗相对较省；⑶可缩短工期；⑷不受气候、地形和交通条件限制；⑸易于集中管理和安全监督检查。

其主要缺点是：⑴导洞药室开挖、通风排烟比较困难；⑵炸药装填和导洞堵塞工作集中，劳动强度大，工作条件差；⑶爆落岩块不够均匀，大块率高；⑷爆破对环境影响问题较突出，爆破振动影响范围较大；⑸设计施工较复杂，精度要求较高。

3.6 VCR 采矿法爆破[2]VCR 是Vertical Crater Retreat Mining 一词的缩写，是在利文斯顿爆破漏斗理论基础上研究创造的、以球状药包爆破方式为特征的新的采矿方法。

它的实质和特点是，在上切割巷道内按一定孔距和排距钻凿大直径深孔到下部切割巷道，崩矿时自顶部平台装入长度不大于直径6倍的药包，然后沿采场全长和全宽按分层自下而上崩落一定厚度矿石，逐层将整个采高采完。

这样下部切割巷道就成为出矿巷道。

该法装药的主要特点是垂直炮孔的两端是敞开的，要求采用特殊装置，将药包停留在预定位置上，所以装药就成为直接影响爆破效果的关键作业。

可见，当球状药包埋置在采场顶底板之间向下部自由空间爆破，即倒置漏斗爆破（如图6所示），就成为VCR 法球状药包爆破技术的主要特点。

VCR 法主要用于中厚以上的垂直矿体、倾角大于 60°的急倾斜矿体和倾角大于60°的小矿块等的回采。

其优点包括：⑴ 在采准巷道中作业，工作条件好，安全程度高；⑵ 应用球状药包爆破，充分利用炸药能量，破碎块度均匀，爆破效果好；⑶ 矿块结构简单，不用掘切割天井和开挖切割槽，切割工程量小；⑷ 如果采用高效率凿岩和出矿设备，因爆破矿石块度均匀，可提高装运效率和降低凿岩、爆破和装运成本。

其缺点包括：⑴ 装药爆破作业工序复杂，难于实现机械设备装药，工人体力劳动强度大；⑵ 使用的炸药成本高；⑶ 爆破易堵孔，难于处理。

4 控制爆破控制爆破的定义：根据工程要求和爆破环境、规模、对象等具体条件，通过精心设计、施工与防护等技术措施，严格地控制爆炸能量释放过程和介质破碎过程，既要达到预期的爆图6 球状药包倒爆破漏斗 1-崩落矿石堆； 2-真漏斗； 3-破碎带； 4-应力带； d 0-最佳埋深； h-冒落高度破效果，又要将爆破范围、方向及爆破地震波、空气冲击波、噪音和破碎物飞散等危害控制在规定限度之内，这种对爆破效果和爆破危害进行双重控制的爆破称为控制爆破。